基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、附件1：文獻(xiàn)綜述智能溫室系統(tǒng)概述專業(yè)班級(jí)：電氣093 姓名：蔣嘉倫 學(xué)號(hào)：2009017113摘要:溫室環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)非線性、時(shí)變、滯后復(fù)雜大系統(tǒng)，難以建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用常規(guī)的控制方法難以獲得滿意的靜、動(dòng)態(tài)性能。本次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件部分主要由 plc、變頻器和各類傳感器構(gòu)成，用來(lái)完成溫室內(nèi)部溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照 度等室內(nèi)參數(shù)的檢測(cè)與溫室內(nèi)雙向天窗、側(cè)窗、濕簾窗角度開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)，內(nèi)外遮陽(yáng)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)，濕簾水泵，環(huán)流風(fēng)機(jī)，節(jié)能降溫排濕風(fēng)扇，c02補(bǔ)氣閥、補(bǔ)光燈等執(zhí)行設(shè)備的控制。 本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)；并有良好的組態(tài)監(jiān)控界面，能遠(yuǎn)程控制。 適應(yīng)了當(dāng)前現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的需要，適用范圍

2、廣，其經(jīng)濟(jì)效益很好。關(guān)鍵詞:智能溫室；可編程控制器；pid控制；變頻技術(shù)；組態(tài)監(jiān)控1 概述目前，雖然有不少單位或個(gè)人引進(jìn)了一些國(guó)外的計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng)1，如溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，施肥灌溉控制系統(tǒng)，工廠化育苗智能控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了溫室控制的智能化和自動(dòng)化，但往往存在投資過(guò)大，系統(tǒng)維護(hù)不方便等各種發(fā)展制約瓶頸2，再者就是要求溫室的管理操作人員本身有較高的文化素質(zhì)和較豐富的工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，目前我國(guó)廣大農(nóng)民還不具備，這也限制了國(guó)外同類產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用。開(kāi)發(fā)低價(jià)位、實(shí)用型的農(nóng)業(yè)智能計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于推進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、智能化進(jìn)程具有重要的意義，同時(shí)也具有很大的市場(chǎng)潛力3。據(jù)調(diào)查，目前市場(chǎng)上迫切

3、需要的是一種低成本、操作使用簡(jiǎn)便的實(shí)用溫室控制系。，針對(duì)這一要求及我國(guó)日光溫室量大、面廣但檔次較低的特點(diǎn)，研究一種既符合我國(guó)農(nóng)業(yè)水平實(shí)際又適合農(nóng)民經(jīng)濟(jì)承受能力、技術(shù)上不低于國(guó)外同類產(chǎn)品的日光溫室智能集成控制系統(tǒng)是非常必要的。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以模擬基本的生態(tài)環(huán)境因子溫度、濕度、光照、空氣成份等，以適應(yīng)不同生物生長(zhǎng)繁育的需要，它由相關(guān)的智能控制單元組成，按照事先設(shè)定的程序，精確測(cè)量溫室的氣候和土壤參數(shù)，并自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉不同的電動(dòng)外圍設(shè)備（遮陽(yáng)幕、加熱器、濕簾水泵及風(fēng)機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)等），程序所需的數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集4。該系統(tǒng)的使用，可以為植物提供一個(gè)理想的生長(zhǎng)環(huán)境，并能起到減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高設(shè)

4、備利用率、改善溫室氣候、減少病蟲(chóng)害、增加作物產(chǎn)量等作用。本控制系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：（1）預(yù)測(cè)性 通過(guò)對(duì)氣候參數(shù)的分析，可以預(yù)測(cè)控制設(shè)備的運(yùn)行情況，提高設(shè)備的利用率，降低能耗。（2）強(qiáng)大的擴(kuò)展功能 通過(guò)選用不同的外圍設(shè)備，可以控制溫室環(huán)境及灌溉、施肥等。 （3）完善的資料處理功能 通過(guò)中央控制軟件，可以不間斷地記錄各種傳感器的信息以及各種控制設(shè)備的動(dòng)作記錄等。（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能 即使工作人員不在現(xiàn)場(chǎng)，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)溫室內(nèi)的設(shè)備參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。2 智能溫室控制的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)2.1 智能溫室控制的特點(diǎn)智能溫室控制主要是根據(jù)外界環(huán)境的溫度、濕度、co2含量、光照以及風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等氣候因素，

5、來(lái)控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)、光照，創(chuàng)造出適合作物生長(zhǎng)的最佳環(huán)境，同時(shí)還需對(duì)影響作物生長(zhǎng)的各種營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行動(dòng)態(tài)的配方管理5,6。在這種控制中，溫度、濕度、c02含量、光照等被控量之間存在著強(qiáng)烈的相互關(guān)系，某個(gè)被控量的改變，會(huì)影響到其他被控量的變化。針對(duì)智能溫室的特點(diǎn)，智能溫室控制系統(tǒng)應(yīng)是一種具有良好控制精度、較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)。對(duì)植物生長(zhǎng)不同階段的需求制定出監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)，將測(cè)得的參數(shù)進(jìn)行比較后進(jìn)行調(diào)整。2.2 控制系統(tǒng)框架組成 針對(duì)智能溫室的特點(diǎn)，智能溫室控制系統(tǒng)應(yīng)是一種具有良好控制精度、較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和良好穩(wěn)定性的系統(tǒng)，對(duì)植物生長(zhǎng)不同階段的需求制定出監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，

6、對(duì)溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)，并將測(cè)得的參數(shù)進(jìn)行比較后進(jìn)行調(diào)整3。 圖1 智能溫室控制系統(tǒng)構(gòu)成圖本系統(tǒng)主要由溫度傳感器(lm35)、濕度傳感器(syhs一220)、集成運(yùn)算放大器(lm358)、ad轉(zhuǎn)換器(adc0809)、光電耦合器(tlp521)和plc(三菱fxln-40mr)組成。溫度、濕度傳感器分別采集溫室內(nèi)溫度、濕度信號(hào)，經(jīng)adc0809轉(zhuǎn)換成8路并行數(shù)字信號(hào)，信號(hào)通過(guò)光電耦合器傳人plc，plc再將采集的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后與溫濕度設(shè)定值進(jìn)行比較。轉(zhuǎn)換后的溫度信號(hào)若高于設(shè)定溫度上限，則開(kāi)窗降溫；若低于設(shè)定溫度下限，則關(guān)窗并驅(qū)動(dòng)加熱設(shè)備。轉(zhuǎn)換后的濕度信號(hào)若高于設(shè)定濕度上限，則啟動(dòng)風(fēng)扇；若低于設(shè)定濕度下限

7、，則啟動(dòng)濕簾和風(fēng)扇。其系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。3 基于plc的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)概述3.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)溫室控制系統(tǒng)是依據(jù)室內(nèi)外裝設(shè)的溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、co2傳感器、外氣象站等采集或觀測(cè)的溫室內(nèi)的室內(nèi)外的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、co2濃度等環(huán)境參數(shù)信息通過(guò)控制設(shè)備對(duì)溫室保溫被、通風(fēng)窗、遮陽(yáng)網(wǎng)、噴滴灌等驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，對(duì)溫室境氣候和灌溉施肥進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到栽培作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供最適宜的生態(tài)環(huán)境，以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。3.1.2 控制模式系統(tǒng)控制的主要環(huán)境變量包括溫度、濕度和co：濃度，對(duì)這些變量的控制應(yīng)采取閉環(huán)控制方式。燈光

8、和抑制機(jī)的的控制相對(duì)獨(dú)立，系統(tǒng)僅需要提供燈光的定時(shí)開(kāi)關(guān)和延時(shí)開(kāi)關(guān)功能，抑制機(jī)在氣候室內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，安裝在抑制機(jī)上的軸流風(fēng)扇吹出均勻微風(fēng)以增加對(duì)流，系統(tǒng)應(yīng)能分別可靠地控制抑制機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和軸流風(fēng)扇的起停。下面主要介紹溫度控制，溫度控制主要涉及新風(fēng)控制模塊、壓縮機(jī)控制模塊和內(nèi)風(fēng)機(jī)控制模塊。新風(fēng)控制模塊可以獨(dú)立考慮，其主要功能是為人工氣候室提供一定溫度和流量的新鮮空氣，降低co。濃度，其本身也是一個(gè)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前，進(jìn)入氣候室的新風(fēng)溫度設(shè)定在15左右，并且系統(tǒng)只提供了新風(fēng)機(jī)的關(guān)閉和打開(kāi)功能，不具備新風(fēng)流量的控制功能。氣候室內(nèi)部的溫控流程如圖1所示。為了避免制冷和制熱機(jī)組處于交替工作狀態(tài)，可以設(shè)定一

9、個(gè)溫度過(guò)沖裕度s，當(dāng)tatp+s時(shí)，制冷機(jī)組立即工作，當(dāng)ta降到t。時(shí)，制冷機(jī)組停止工作，即順序關(guān)閉壓縮機(jī)、延時(shí)、關(guān)閉內(nèi)風(fēng)機(jī)，讓室溫自然冷卻，當(dāng)ta降到tds時(shí)，制熱機(jī)開(kāi)始工作，當(dāng)ta上升到t。時(shí)，關(guān)閉制熱機(jī)組，即順序關(guān)閉加熱管、延時(shí)、關(guān)閉內(nèi)風(fēng)機(jī)，但新風(fēng)機(jī)保持工作，讓室溫自然上升。當(dāng)ta升到to+s時(shí)，制冷機(jī)組又開(kāi)始工作，如此往復(fù)，完成溫室的溫度控制循環(huán)。溫度控制的過(guò)程中，若用戶設(shè)定的化霜時(shí)刻到達(dá)的時(shí)候，則圖1溫室溫度控制流程停止溫控(關(guān)閉壓縮機(jī)和內(nèi)風(fēng)機(jī))，打開(kāi)加熱管化霜，化霜結(jié)束后再切換到溫度控制流程。 圖2 溫室溫度控制流程3.2 溫室控制系統(tǒng)plc軟件的設(shè)計(jì)根據(jù)基本要求和技術(shù)要求列出以下

10、幾點(diǎn)：（1）防止接點(diǎn)誤動(dòng)作：可利用自鎖電路加以解決；（2）系統(tǒng)自診斷功能：plc本身具有此項(xiàng)功能；（3）風(fēng)機(jī)控制：溫室設(shè)有一組風(fēng)機(jī)，能同時(shí)啟動(dòng)與停止，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度超出預(yù)定值時(shí)，受plc的控制先是4個(gè)側(cè)窗自動(dòng)打開(kāi)，延時(shí)5 s后風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，再延時(shí)5 s后濕簾水泵啟動(dòng)，從而使溫室的溫度降低；（4）側(cè)窗控制：溫室中設(shè)有4個(gè)側(cè)窗，側(cè)窗受電機(jī)控制，通過(guò)電機(jī)限位的設(shè)定來(lái)控制側(cè)窗行程。解決方法類似上一點(diǎn)，但考慮到程序的精煉性，可配合plc的中斷功能命令加以解決；（5）系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)控制：可利用一個(gè)開(kāi)關(guān)量作為plc的輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制程序的轉(zhuǎn)換；（6）濕簾泵控制；（7）遮陽(yáng)網(wǎng)控制；（8）co2補(bǔ)氣控制；（9）補(bǔ)

11、光燈控制；（10）可擴(kuò)展性：在plc中預(yù)留一定的存儲(chǔ)空間和端口即可解決。3.3 系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)組態(tài)軟件是可從plc以及各種數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后發(fā)出控制命令并監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行是否正常的一種軟件包。其主要功能如下：（1） 遠(yuǎn)程監(jiān)視功能。它可以通過(guò)通訊線遠(yuǎn)程監(jiān)視多座溫室的當(dāng)前狀態(tài)，包括“戶外溫度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨雪信號(hào)、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、控制器溫度、三組獨(dú)立通風(fēng)窗的位置和開(kāi)關(guān)狀態(tài)、內(nèi)外遮陽(yáng)幕的位置和開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及一級(jí)二級(jí)風(fēng)扇、濕簾、微霧、加熱器、環(huán)流風(fēng)扇、補(bǔ)光燈、co2補(bǔ)氣閥、水暖三通閥的狀態(tài)和多種形式的報(bào)警監(jiān)視，還能監(jiān)視各灌溉閥的狀態(tài)。（2） 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能。它可以統(tǒng)計(jì)

12、任意時(shí)刻的戶外溫度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、co2濃度、水暖溫度等全月的、全周的、全日的和本時(shí)段的最大值、最小值和平均值。（3） 溫室設(shè)備運(yùn)行記錄功能。它能在線記錄各溫室設(shè)備狀態(tài)變化時(shí)的時(shí)間、當(dāng)前狀態(tài)和位置、當(dāng)前目標(biāo)溫度、室內(nèi)溫度、目標(biāo)濕度和室內(nèi)濕度，并能打印輸出。（4） 遠(yuǎn)程設(shè)定功能?？梢酝ㄟ^(guò)通訊線遠(yuǎn)程修改可編程控制器的全部設(shè)定參數(shù)。（5） 生成曲線圖功能。它能以平面圖或立體圖的方式同時(shí)繪制任意時(shí)刻的戶外溫度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、目標(biāo)溫度、室內(nèi)溫度、目標(biāo)濕度、室內(nèi)濕度、co2濃度、水暖溫度等全年的、全月的、全周的、全日的變化曲線并打印輸出。4 總結(jié)待添加的隱藏文字內(nèi)容2智能控制溫室綜

13、合了多方面的技術(shù)，為植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了適宜的環(huán)境，使植物的產(chǎn)量與質(zhì)量有了很大的提高，因此已成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。智能溫室控制系統(tǒng)無(wú)論是對(duì)新建溫室還是原有溫室的改造都有很好的應(yīng)用前景。本文通過(guò)分析溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動(dòng)作對(duì)環(huán)境因子的影響，將可編程控制技術(shù)、變頻技術(shù)、組態(tài)監(jiān)控技術(shù)和傳感器技術(shù)應(yīng)用于溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了基于plc的智能溫室控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1鄧璐娟，張侃諭，龔幼民，智能控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2003年1 2 期(總293期)：pl-p3(核心期刊)2申茂向等，荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)的考察與中國(guó)工廠化農(nóng)業(yè)建設(shè)的思考， 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，v011 6(5)，20003鄭光華，美m(xù)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展概述j，世界農(nóng)業(yè)，l 999，(3)：l 3-1 64崔世安，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與農(nóng)業(yè)工程技術(shù)。農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)v011 6(1)，20005羅中嶺，美國(guó)花卉溫室現(xiàn)狀及溫室環(huán)境調(diào)節(jié)最新進(jìn)展，農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，v019(4)1 9936stunez，temporal knowledge modell ing in plagues controlin greenhouses， cybemetics and systemsv0121：367374，19907方瑞華，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向j，江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào)，l 9981 9(4)：53-588鄭為鍵，花卉栽培用微